JPH05255523A

JPH05255523A - 繊維強化プリプレグ

Info

Publication number: JPH05255523A
Application number: JP3147992A
Authority: JP
Inventors: Makoto Takezawa; 誠竹澤; Kanji Miyao; 巻治宮尾; Hiroshi Inoue; 寛井上
Original assignee: Tonen Corp
Current assignee: Tonen General Sekiyu KK
Priority date: 1991-05-23
Filing date: 1991-05-23
Publication date: 1993-10-05

Abstract

(57)【要約】【目的】強化繊維の配列の乱れをなくし、美感上好ま
しいのみならず、物性的バラつきをなくすと共に、更
に、靭性があり振動減衰性及び耐衝撃特性、特に圧縮強
度及び捩れ破壊強度などに優れた、スポーツレジャー用
品、自転車のフレーム、更には種々の機械部品用パイプ
材を製造するのに好適に使用することができる。【構成】繊維強化プリプレグ１は、同一方向に所定の
間隔にて配列される繊維径が３０〜５００μｍとされる
強化繊維６を縦糸とし、横糸８として他の繊維、或は同
じ繊維を使用して製織されたクロス（織物）にマトリク
ス樹脂３が含浸されて構成された繊維強化樹脂層４と、
前記繊維強化樹脂層４の一側に積層した金属箔層７とを
有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量であり且つ機械的
特性に優れており、特に靭性があり振動減衰性及び耐衝
撃特性、更には圧縮強度及び捩り破壊強度などに優れ、
例えば、ゴルフクラブシャフト、釣り竿、テニスラケッ
ト或はバドミントンラケットのような種々のラケットフ
レームなどのスポーツレジャー用品、自転車のフレー
ム、更には種々の機械部品用パイプ材を製造するのに好
適に使用することのできる繊維強化プリプレグに関する
ものである。特に、本発明の繊維強化プリプレグは、３
０〜５００μｍとされる繊維径（後述する「換算径」を
も含む）を有する強化繊維をクロスに織り込んで形成さ
れた繊維強化樹脂層の一側に、金属箔層が積層される点
に特徴を有する。

【０００２】

【従来の技術】近年、炭素繊維その他各種の強化繊維を
用いたプリプレグが種々の技術分野にて広く使用されて
おり、例えば、ゴルフクラブシャフトの製造に際して
も、軽量で且つ機械的強度も高いという理由から多く利
用されており、極めて良好な成果を納めている。

【０００３】しかしながら、更に、強度及び弾性率の点
で、或は、使用時の感触の点で、更にはファッション性
（美観）の点で改良が望まれており、斯る要望に応える
べく、繊維強化複合樹脂製シャフトの最外層に、図１２
に図示されるような、マトリクス樹脂３が含浸された、
例えばボロン繊維、チタン繊維、アモルファス繊維、ス
テンレススチ−ル繊維、ガラス繊維、種々の有機繊維な
どの強化繊維６を有するプリプレグ４にて形成される層
を配置することが種々に試みられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようなプリプレグ
４はドラムワインダなどを使用して効率よく、しかも比
較的簡単に製造し得て、機械的強度の向上及び感触の改
善を達成し得るが、場合によっては、製造過程におい
て、或は製造後斯かるプリプレグ４をマンドレルなどに
巻き付けて所定形状に賦形する過程において、強化繊維
６がその配列方向において乱れることが経験される。強
化繊維６の配列の乱れは、美感上好ましくないのみなら
ず、物性的にもバラつきの原因となり製品の品質上から
も好ましいものではない。

【０００５】このような繊維の乱れをなくするには、製
造過程における強化繊維６の、或は、製造後のプリプレ
グ４の、極めて慎重な取扱いが要求され、ハンドリング
性（作業性）の点で問題がある。

【０００６】本発明者らは、この問題を解決するべく、
図１３に図示するように、強化繊維６を横糸８により織
り込んでクロス（織物）状とし、マトリクス樹脂３を含
浸させたプリプレグ４を作製した（特願平２−１３８１
０３号）。

【０００７】この構成により、強化繊維６の配列方向に
おける乱れを解決することができ、又、物性的バラつき
をもなくすることができた。本発明は斯るプリプレグの
改良に関するものであり、更なる機械的特性の向上を意
図するものである。

【０００８】つまり、本発明の目的は、強化繊維の配列
の乱れをなくし、美感上好ましいのみならず、物性的バ
ラつきをなくすと共に、更に、靭性があり振動減衰性及
び耐衝撃特性、特に圧縮強度及び捩り破壊強度などに優
れた、スポーツレジャー用品、自転車のフレーム、更に
は種々の機械部品用パイプ材を製造するのに好適に使用
することのできる繊維強化プリプレグを提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
繊維強化プリプレグにて達成される。要約すれば、本発
明は、一方向に所定の間隔にて配列される繊維径が３０
〜５００μｍとされる強化繊維を縦糸とし、前記強化繊
維と同じ繊維或は他の異なる繊維を横糸として織り込ん
だクロス（織物）にマトリクス樹脂が含浸されて構成さ
れた繊維強化樹脂層と、前記繊維強化樹脂層の一側に積
層した金属箔層とを有することを特徴とする繊維強化プ
リプレグである。好ましくは、前記金属箔層は、厚さが
５〜１００μｍとされるシート状或はメッシュ状の金属
材料にて形成され、前記縦糸は、炭素繊維、ボロン繊
維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒化珪
素繊維などの無機繊維；チタン繊維、アモルファス繊
維、ステンレススチール繊維などの金属繊維；及びアラ
ミド繊維、ポリアリレート繊維、ポリエチレン繊維など
の有機繊維から選択され、又、前記横糸は、炭素繊維、
繊維径の小さなボロン繊維、ガラス繊維、アルミナ繊
維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維などの無機繊維；アラ
ミド繊維、ポリアリレ−ト繊維、ポリエチレン繊維など
の有機繊維；及び繊維径の小さなチタン繊維、アモルフ
ァス繊維、ステンレススチ−ル繊維などの金属繊維から
選択される。

【００１０】

【実施例】次に、本発明に係る繊維強化プリプレグにつ
いて図面に即して更に詳しく説明する。本発明の繊維強
化プリプレグ１は、例えば、図１及び図２に図示される
ように、同一方向に所定の間隔にて配列される繊維径が
３０〜５００μｍとされる強化繊維６を縦糸とし、横糸
８として他の繊維、或は同じ繊維を使用して製織された
クロス（織物）５にマトリクス樹脂３が含浸されて構成
された繊維強化樹脂層４と、前記繊維強化樹脂層４の一
側に積層した金属箔層７とを有する。クロス５の織物組
織、織物密度などは必要に応じて適宜選択されるが、横
糸８は、縦糸６とされる強化繊維の配列を固定する程度
に織り込まれていれば良い。本発明に従えば繊維強化プ
リプレグ１の総厚さ（Ｔ）は２０〜３００μｍとされ
る。

【００１１】斯る構成の繊維強化プリプレグ１は、任意
の方法にて製造し得るが、一般に、前記繊維強化複合樹
脂層４として、先ずクロス５にマトリクス樹脂３を含浸
させてプリプレグを製造し、その後、該プリプレグ４の
一側面に、金属箔層３としての金属箔を、例えばローラ
などにて押付けることにより貼着して製造するのが好適
である。従って、以下の説明においては、この方法にて
本発明の繊維強化プリプレグ１を製造するものとして説
明するが、これに限定されるものでないことを理解され
たい。

【００１２】又、金属箔層３を構成する金属箔は、本発
明では箔状或は薄板状などの、所謂、「シート状」金属
材料を意味するのみならず、多数の孔を有した網状或は
エキスパンドメタル様の多孔の、所謂「メッシュ状」金
属材料をも意味する。斯る金属箔３は、厚さ（Ｔ₂ ）が
５〜１００μｍとされ、例えば昭和アルミニウム株式会
社製の厚さ１０〜１００μｍのアルミニウム箔、或は、
例えば竹内金属箔粉工業株式会社製の厚さ５〜５０μｍ
のステンレス箔、高強度スチール箔、チタン箔が好適に
使用される。その他使用し得る金属材料としては、鉄、
銅、ニッケル、ニクロム、錫、鉛、マグネシウム、金、
銀、白金、その他種々の金属及びこれらの合金がある。
金属箔３は、その厚さ（Ｔ₂ ）が、５μｍより薄い場合
には圧縮強度、捩り破壊強度が不十分となり、１００μ
ｍより厚い場合には成形性が不十分となる。

【００１３】更に、上記金属箔３は、繊維強化樹脂層４
との接着性を向上させるために、その表面を機械的に、
或は化学的に処理することが可能である。特に、脱脂処
理を行なった後、クロム系処理或はリン酸系処理を行な
い、クロム層、又はリン酸亜鉛或はリン酸鉄などの化成
処理膜を金属箔表面に形成させることが好ましい。又更
に、高温の窒素雰囲気下による表面硬化処理も有効であ
る。

【００１４】次に、本発明の繊維強化プリプレグ１を好
適に製造し得る、繊維強化樹脂層４としてのプリプレグ
について説明する。

【００１５】このような構成のプリプレグ４は、種々の
方法にて製造し得るが、図３に図示するように、マトリ
クス樹脂３が塗布された離型紙１０の間に、縦糸６及び
横糸８からなるクロス５を配置し、押圧及び／又は加熱
することにより一体とすることによって極めて好適に製
造される。

【００１６】縦糸６としての強化繊維は、繊維径が大き
いボロン繊維などの無機繊維、及びチタン繊維、アモル
ファス繊維、ステンレススチール繊維などの金属繊維が
好適に使用され、通常斯る繊維の径は３０〜１５０μｍ
とされ、好ましくは５０〜１２０μｍとされる。

【００１７】更に、本発明に従えば、上記縦糸６として
炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、
窒化珪素繊維などの無機繊維；アラミド繊維、ポリアリ
レート繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維をも使用
することができる。ただ、一般にこれら繊維は、繊維
径、即ち、モノフィラメントの径（ｄ）は５〜５０μｍ
と小さいため、このように繊維径の小さな繊維を縦糸６
として使用する場合には、図４に図示するように繊維６
ａを多数本束ねたストランド（繊維束）６の形態にて使
用される。

【００１８】従って、金属繊維でも繊維径の小さいもの
をストランドの形態にて縦糸６として使用することも可
能である。

【００１９】このようなストランドの形態とされる場合
の縦糸６の繊維径としては、本明細書では、次式で示さ
れる換算径Ｄ₀ を意味するものとする。Ｄ₀ ＝ｎ^1/2 ・ｄｎ：収束本数ｄ：繊維径

【００２０】又、斯るストランドを縦糸６として使用し
た場合には、撚りの有無に拘らず、図５に図示されるよ
うに、プリプレグ４の中において換算径Ｄ₀ を有した円
形断面の形態で存在することはなく、通常、偏平に変形
された状態とされる。従って、上述したように縦糸６と
して繊維径の大きいなボロン繊維、チタン繊維、アモル
ファス繊維、ステンレススチール繊維などを使用した場
合と同様の厚さ（Ｔ₁）を有した繊維強化プリプレグ１
を製造するには、ストランドを縦糸６として使用した場
合の繊維径、即ち、換算径Ｄ₀ は、最大５００μｍとさ
れるのが好適である。

【００２１】例えば、繊維径ｄが２３μｍとされるポリ
アリレート繊維のような有機繊維は、３００本収束する
ことにより換算径Ｄ₀ は３９８μｍとされ、又、繊維径
ｄが１３μｍとされるガラス繊維は、８００本収束する
ことにより換算径Ｄ₀ は３６８μｍとされ、これら両ス
トランドも又、縦糸６として好適に使用し、図５に図示
されるようなプリプレグ４、即ち本発明の繊維強化プリ
プレグ１を製造することができる。

【００２２】クロス５を構成する横糸８としては、縦糸
６と同じとすることもでき、又、繊維径が５〜３０μ
ｍ、好ましくは６〜１２μｍとされる、炭素繊維、繊維
径の小さなボロン繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維、炭
化珪素繊維、窒化珪素繊維などの無機繊維；アラミド繊
維、ポリアリレ−ト繊維、ポリエチレン繊維などの有機
繊維；或は、繊維径の小さなチタン繊維、アモルファス
繊維、ステンレススチ−ル繊維などの金属繊維などを任
意に使用することができ、更には、他の種々の繊維を用
いることもできるが、通常、ガラス繊維、アルミナ繊維
などの無機繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維
などの有機繊維などを使用するのが好適である。横糸と
しては、細い繊維又は細い繊維束のもの、透明なものが
より好ましい。この点から、特にガラス繊維、ポリエチ
レン繊維、アルミナ繊維などが好ましい。

【００２３】マトリクス樹脂３としては、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジア
リルフタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性マ
トリクス樹脂が使用可能である。又、更に、硬化温度が
５０〜２００℃となるように硬化剤その他の付与剤、例
えば可撓性付与剤などが適当に添加される。

【００２４】好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂
としてはエポキシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ
樹脂としては、例えば、（１）グリシジルエーテル系エ
ポキシ樹脂（ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓ系エポキシ樹
脂、ノボラック系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール
Ａ系エポキシ樹脂）；（２）環式脂肪族エポキシ樹脂；
（３）グリシジルエステル系エポキシ樹脂；（４）グリ
シジルアミン系エポキシ樹脂、テトラグリシジルジアミ
ノジフェニルメタン、トリグリシジル−ｐ−アミノフェ
ノールなど；（５）複素環式エポキシ樹脂；その他種々
のエポキシ樹脂から選択される１種又は複数種が使用さ
れ、特に、ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓグリシジルアミン
系エポキシ樹脂が好適に使用される。又、硬化剤として
はアミン系硬化剤、例えばジシアンジアミド（ＤＩＣ
Ｙ）、ジアミノフェニルスルフォン（ＤＤＳ）、ジアミ
ノジフェニルメタン（ＤＤＭ）；酸無水物系、例えばヘ
キサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰＡ）、メチルヘキサヒ
ドロ無水フタル酸（ＭＨＨＰＡ）などが使用されるが、
特にアミン系硬化剤が好適に使用される。

【００２５】又、本発明のプリプレグ４における縦糸、
マトリクス樹脂、横糸の配合割合は任意に調整し得る
が、一般に、重量％で、縦糸：マトリクス樹脂：横糸＝
（２０〜５０）：（２０〜６０）：（１０〜５０）とさ
れるであろう。又、本発明に従えば、プリプレグの厚さ
（Ｔ₁ ）は、使用される縦糸６の繊維径程度のものを作
製し得るが、通常５０〜２００μｍ程度とされるであろ
う。

【００２６】上記実施例の説明にて、プリプレグ４中に
配設されるクロス５は、縦糸６と横糸８のみにてクロス
５が構成されたが、本発明に使用されるクロス５はこの
ような織物構成に限定されるものではなく、例えば図６
に図示するように、縦糸として更に固定用繊維９を縦糸
６の間に配置し織り込むことができる。斯る目的で使用
される固定用縦糸９としては、横糸８と同じものを使用
することができ、又、上述したように、プリプレグ４中
の強化繊維、即ち、縦糸６と同じとすることもでき、更
には、他の種々の繊維を用いることもできるが、通常、
炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などの無機繊維、
ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維などの有機繊維な
どを使用するのが好適である。固定用縦糸９としても、
細い繊維又は細い繊維束のもの、透明なものがより好ま
しい。この点から、横糸８と同様に、特にガラス繊維、
ポリエチレン繊維、アルミナ繊維などが好ましい。

【００２７】更に、上記実施例では、縦糸、即ち強化繊
維６は１種類であるとして説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、２種以上の強化繊維としての
縦糸を含むことができる。例えば、図７及び図８には、
クロス５に縦糸６として２種の繊維６ａ、６ｂが織り込
まれた態様を示す。この実施例では２種の繊維６ａ、６
ｂは交互に織り込まれているが、これに限定されるもの
ではなく、任意の配列が可能である。又、この場合にお
いても、図９に図示するように、縦糸として更に固定用
繊維９を縦糸６ａ、６ｂの間に配置し織り込むことがで
きる。

【００２８】次に、本発明の繊維強化プリプレグ１を実
施例について更に具体的に説明する。

【００２９】実施例１図３に関連して説明した方法にてプリプレグ４を製造し
た。即ち、本実施例にて、厚さ１２０μｍの離型紙１０
の上には厚み６５μｍにてマトリクス樹脂３が塗布され
た。マトリクス樹脂３はエポキシ樹脂を使用した。

【００３０】縦糸６としての強化繊維は、ボロン繊維及
びチタン繊維を使用し、横糸８としては繊度１０ｇ／１
０００ｍとされるガラス繊維を使用した。

【００３１】ボロン繊維は、繊維径１００μｍとされる
ものを１ｍｍの間隔に配置して使用し、横糸８を０．５
ｍｍ間隔にて織り込んで図２に図示される構成のクロス
５を作製した。又、チタン繊維は、繊維径１００μｍと
されるものを２ｍｍの間隔に配置して使用し、横糸８を
０．５ｍｍ間隔にて織り込んで図２に図示される構成の
クロス５を作製した。

【００３２】上記クロス５をマトリクス樹脂３が塗布さ
れた両離型紙１０で挟み、互の方へと押圧及び／又は加
熱することにより一体とし、図１に図示するようなプリ
プレグ４を形成した。

【００３３】これらプリプレグ４に厚さ３０μｍのステ
ンレス箔をローラにて押圧して貼着し、図１に示す構成
の本発明の繊維強化プリプレグ１を作製した。

【００３４】又、このような繊維強化プリプレグ１を最
外層に配置したゴルフクラブシャフトを製造し、その機
械的強度などを測定した結果、衝撃強度及び捩り破壊強
度を、図１３に示す従来のプリプレグを使用したものに
比較して著しく増大せしめることができ、使用時の感触
も向上した。

【００３５】更に又、本発明に従った繊維強化プリプレ
グ１は、製造過程においても、又、このようにして製造
した繊維強化プリプレグ１をマンドレルに巻き付け、ゴ
ルフシャフトなどを成形するに際しても縦糸６の配列が
繊維の長さ方向に乱れることはなく、作業性が容易であ
り、美感的にも好ましいものであった。

【００３６】実施例２上記実施例１において、クロス５として図６に図示され
る構成のものを作製し、該クロス５を使用して上記実施
例１と同じ材料及び条件にて繊維強化プリプレグ１を製
造した。

【００３７】即ち、横糸８及び固定用縦糸９として繊度
１０ｇ／１０００ｍとされるガラス繊維を使用し、ボロ
ン繊維及びチタン繊維などの縦糸６を２ｍｍ間隔にて配
置し、固定用縦糸９を各縦糸６の間に０．５ｍｍ間隔で
３本配置し、又、横糸８を０．５ｍｍ間隔で配置し、図
６に図示するように織り込んでクロス５を作製した。

【００３８】このようなクロス５を使用した繊維強化プ
リプレグ１を最外層に配置したゴルフクラブシャフトを
製造したが、縦糸６を所定ピッチにて固定することがで
き、異種繊維６の繊維方向の配列乱れを大略完全になく
すことができた。と同時に、ゴルフクラブシャフトの機
械的特性、特に衝撃強度及び捩り破壊強度を大幅に増大
することができた。

【００３９】実施例３上記実施例１においては、クロス５をマトリクス樹脂が
塗布された両離型紙１０で挟み、互の方へと押圧及び／
又は加熱することにより一体としたが、この実施例で
は、図１０に図示されるように、離型紙１０には、単に
マトリクス樹脂３が塗布されているのではなく、強化繊
維２として炭素繊維を使用した第１及び第２炭素繊維強
化プリプレグ４Ａ、４Ｂが形成されているものを使用し
た。

【００４０】つまり、第１及び第２炭素繊維強化プリプ
レグ４Ａ、４Ｂは同じ構成のものとされ、厚さ１２０μ
ｍの離型紙１０の上に厚み６５μｍにて形成されたもの
であった。強化繊維２としての炭素繊維は、繊維径が
７．０μｍとされるＰＡＮ系の炭素繊維（東レ株式会社
製：商品名「Ｔ−３００」）を使用し、マトリクス樹脂
３はエポキシ樹脂を使用した。又、該プリプレグにおけ
るマトリクス樹脂の含有量は３５重量％であった。

【００４１】第１及び第２炭素繊維強化プリプレグ４
Ａ、４Ｂの強化繊維２は縦糸６と整列するように一方向
に配列し、その他は、実施例１と同じにようにして、図
１１に示す繊維強化プリプレグ１を作製した。

【００４２】このような繊維強化プリプレグ１を最外層
に配置したゴルフクラブシャフトを製造し、その機械的
強度などを測定したが、実施例１のシャフトに比較し
て、より曲げ破壊強度及び剛性を向上せしめることがで
きた。

【００４３】

【発明の効果】以上の如くに構成される本発明に係る繊
維強化プリプレグは、強化繊維の配列の乱れをなくし、
美感上好ましいのみならず、物性的バラつきをなくすと
共に、更に、靭性があり衝撃強度及び捩り破壊強度など
に優れた、スポーツレジャー用品、自転車のフレーム、
更には種々の機械部品用パイプ材を製造するのに好適に
使用し得るという特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維強化プリプレグの断面構成図
である。

【図２】本発明にて使用される強化繊維を織り込んだク
ロスの一例を示す斜視図である。

【図３】本発明に係る繊維強化プリプレグの一つの製造
方法を説明する断面図である。

【図４】本発明に使用される強化繊維の一つの形態を示
すストランドの断面図である。

【図５】本発明に係る繊維強化プリプレグの他の実施例
の断面構成図である。

【図６】本発明にて使用される強化繊維を織り込んだク
ロスの他の例を示す斜視図である。

【図７】本発明に係る繊維強化プリプレグの他の実施例
の断面構成図である。

【図８】本発明にて使用される強化繊維を織り込んだク
ロスの他の例を示す斜視図である。

【図９】本発明にて使用される強化繊維を織り込んだク
ロスの更に他の例を示す斜視図である。

【図１０】本発明に係る繊維強化プリプレグの他の製造
方法を説明する断面図である。

【図１１】本発明に係る繊維強化プリプレグの他の実施
例の断面構成図である。

【図１２】従来の繊維強化プリプレグの断面構成図であ
る。

【図１３】従来の他の繊維強化プリプレグの断面構成図
である。

【符号の説明】

１繊維強化プリプレグ３マトリクス樹脂４繊維強化樹脂層（プリプレグ）５クロス６強化繊維（縦糸）７金属箔層（金属箔）８横糸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向に所定の間隔にて配列される繊維
径が３０〜５００μｍとされる強化繊維を縦糸とし、前
記強化繊維と同じ繊維或は他の異なる繊維を横糸として
織り込んだクロス（織物）にマトリクス樹脂が含浸され
て構成された繊維強化樹脂層と、前記繊維強化樹脂層の
一側に積層した金属箔層とを有することを特徴とする繊
維強化プリプレグ。